Calculation of air ion regime in the case of artificial air ionization

M. M. Biliaiev, S. G. Tsygankova

Abstract


Purpose. One of the major tasks in the field of labor protection is providing of the necessary qualitative composition of air in the working areas of office and industrial spaces. In order to maintain the necessary air ion level in the air space premises, the artificial ionization of air is used often in the premises. At present in Ukraine analytical model are used for the calculation of air ion regime in premises, influencing on the formation process of air ions concentration field. An alternative solution is the use of CFD models, developing including the air jets aerodynamics in the premise, the presence of furniture, equipment, transfer of ions under an electric field, and other physical factors, determining intensity and shape of air ions concentration field in the premise.

Methodology. Influence of air flow was taken into account in the development of CFD models for calculation of air ion regime in the apartment, caused by operation of ventilation, diffusion, electric field impact, as well as the interaction of different polarity ions with each other, and their interaction with dust particles. The proposed model of calculation of air ion regime in premises based on the use of aerodynamics, electrostatics and mass transfer levels. This model allows operatively to calculate air ions concentration field with the influence of the walls, floor, ceiling and obstacles on the process of air ions dispersion, the specific location of different polarity ions emission and their interaction in the premise and work areas in conditions of artificial air ionization.

Results. The calculated data were obtained and on their base could be estimated the concentration of air ion anywhere in the premise with artificial air ionization. Ions concentration field, being calculated using this CFD model, as concentration field isolines is presented.

Originality. The results of the air ion regime calculation in the premise are presented, based on numerical 2D CFD model. To solve the problem on the base, of the developed CFD model, about a minute of computer time is required.

Practical value. 2D CFD model for air ion regime calculation in premises allows to calculate the ions concentration in their working areas of premise in conditions of artificial air ionization including the basic physical factors, determining the formation of ions concentration fields.


Keywords


CFD model; air ion regime; concentration field of air ions, artificial ionization

Full Text:

PDF

References


Beliaev N. N., Hunko E. Yu. and Rostochilo N. V. Zashchita zdaniy ot proniknoveniya v nikh opasnykh veshchestv [Protection of building from penetration of hazardous substances into them]. Dnipropetrovsk: Aktsent PP, 2014, 136 p. (in Russian)

Beliaev N. N. and Tsygankova S. G. Otsenka aeroionnogo rezhima v rabochikh zonakh na baze CFD modeli [Evaluation of air ion regime in work areas on the base of CFD models] Zbirnyk naukovykh prats NGU [Proceedings of NMU]. 2015, no. 46, pp. 168-173. (in Russian).

Beliaev N. N. and Tsygankova S. G. Raschet aeroionnogo rezhima v pomeshchenii i v rabochey zone na baze chislennoy modeli [Calculation of air ion regime in the premises and work area on the basis of a numerical model] Zbirnyk naukovykh prats NGU [Proceedings of NMU]. 2015, no. 47, pp. 137-143. (in Russian).

Glyva V. A., Klapchenko V. I., Ponomarenko S. M., Shevchenko L. O. and Smakovskiy D. S. Vyznachennia ta prognozuvannia dynamiky zminy aeroionnogo skladu povitria vyrobnychykh prymishchen [Determination and prediction of the ionic air composition change dynamics in industrial premises]. Visnyk natsionalnoho tekhnichnogo universitetu Ukrainy «Kyivskyi politekhnichnyi instytut» [Bulletin of National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute»]. 2010, iss. 19, pp. 161-168. (in Ukrainian).

Tolkunov I. A., Mariniukh V. V., Popov I.I. and Ponomar V. V. Deiaki aspekty zabezpechennia normatyvnogo aeroionnogo rezhymu robochoho seredovyshcha prymishchen spetsialnogo pryznachennia MNS Ukrainy [Some aspects of the regulatory ionic regime of working environment of the special purpose premises of the Ministry of Emergencies of Ukraine]. Problemy nadzvychainykh sytuatsiy [Problems of Emergencies]. 2008, iss. 8, pp. 198-206. (in Ukrainian).

Zaporozhets O. I., Glyva V. A. and Sidorov O. V. Normuvannia aeroionnogo skladu povitria robochykh prymishchen ta osnovni napriamy yogo vdoskonalennia [The standardization of the air ionic composition of work premises and main directions of its improvement]. Visnyk natsionalnogo aviatsionnogo universytetu [Bulletin of national aviation university]. 2011, vol. 46, no. 1, pp. 139-143. (in Ukrainian).

Zaporozhets O. I., Glyva V. A. and Sidorov O. V. Printsypy modeliuvannia aeroionnoho skladu povitria u prymishchenniakh [The principles of modeling of the air ionic composition in premises]. Visnyk natsionalnogo aviatsiinogo universytetu [Bulletin of National Aviation University]. 2011, vol. 47, no. 2, pp. 120-124. (in Ukrainian).

Levchenko L. O., Glyva V. A. and Sidorov O. V. Tryvymirne modeliuvannia prostorovykh rozpodiliv kontsentratsii aeroioniv u povitri [Three-dimensional modeling of air ions concentrations spatial distributions on air]. Upravlinnia rozvytkom skladnykh system [Control of the development of complex systems]. 2012, iss. 11, pp. 198-206. (in Ukrainian).

Bahrushyn V. E., Ignakhina M. A., Vertinskii D. V. and Yeevsiukov A. Yu. Modelirovanie raspredeleniya kontsentratsii ionov vblizi ionizatora [Simulation of distributing concentration of ions nearly ionizator]. Skladni systemy ta protsesy [Complex systems and processes]. 2002, no. 1, pp. 30-36. (in Russian).

Tolkunov I. A. Bipoliarnaia ionizatsia povitrianogo seredovyshcha primishchen funktsionalnykh pidrozdiliv mobilnogo gospitaliu MNS [Bipolaris ionizationair of air environment of premises of functional units of mobile hospital of the Ministry of Emergencies]. Problemy nadzvychainykh sytuatsiy [Problems of Emergencies]. 2014, iss. 14, pp. 161-170. (in Ukrainian).

Tolkunov I. A. and Popov I. I. Modeliuvannia protsesiv formuvannia poliv kontsetrtsii aeroioniv u povitrianomu seredovyshchi prymishchen spetsialnogo pryznachennia MNS Ukrainy [Simulation of the process of formation of fields of air ions concentration in the air space of premises the special purpose of the Ministry of Emergencies of Ukraine]. Problemy nadzvychainykh situatsiy [Problems of Emergencies]. 2010, iss. 12, pp. 175-184. (in Ukrainian).

Tolkunov I. A., Popov I. I. and Barbasin V. V. Teoreticheskhoe issledovanie protsessov perenosa ionov v potokakh vozdukha v pomeshcheniyakh spetsialnogo naznacheniya MChS Ukrainy [Theoretical study of the ions transfer processes in the air flows in the premises of the special purpose of the Ministry of Emergencies of Ukraine]. Problemy nadzvychainykh sytuatsiy [Problems of Emergencies]. 2010, iss. 11, pp. 137-145. (in Russian).

Fletcher L. A., Noakes C. J., Sleigh P. A., Beggs C. B. and Shepherd S. J. Air ion behavior in ventilated rooms. Indoor and built Environment. 2008, vol. 17, no. 2, pp. 173-182.

Drexler Р., Fiala P. and Bartusek K Numerical modeling of accuracy of air ion field measurement. Journal of Electrical Engineering. 2006, vol. 57, no. 8/S, рр. 62-65.

Murakami, S. Computational wind engineering. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 1990, vol. 36, part 1, рр. 517-538.

Noakes C. J., Sleigt P. A. and Beggs C. Modelling the air cleaning performance of negative air ionizers in ventilated rooms. Proceedings of the 10th International Conference on Air Distribution in Rooms. Roomvent 2007, 13-15 June 2007, Helsinki. Available at: http://eprints.whiterose.ac.uk/7700/1/Noakes_roomvent_07.pdf. (Accessed 17 September 2015).

Jurelionis A., Gagytė L., Prasauskas T., Čiužas D., Krugly E., Šeduikytė L. and Martuzevičius D. The impact of the air distribution method in ventilated rooms on the aerosol particle dispersion and removal: The experimental approach. Energy and Buildings. 2015, vol. 86, january, pp. 305-313.


GOST Style Citations


Беляев Н. Н. Защита зданий от проникновения в них опасных веществ : монография / Н. Н. Беляев, Е. Ю. Гунько, Н. В. Росточило. – Днепропетровск : Акцент ПП, 2014. – 136 с.

 

Беляев Н. Н. Оценка аэроионного режима в рабочих зонах на базе CFD модели / Н. Н. Беляев, С. Г. Цыганкова // Збірник наукових праць Національного гірничого університету. – Дніпропетровськ, 2015. – № 46. – С. 168-173.

 

Беляев Н. Н. Расчет аэроионного режима в помещении и в рабочей зоне на базе численной модели / Н. Н. Беляев, С. Г. Цыганкова // Збірник наукових праць Національного гірничого університету. – Дніпропетровськ, 2015. – № 47. – С. 137-143.

 

Визначення та прогнозування динаміки зміни аероіонного складу повітря виробничих приміщень / В. А. Глива, В. І. Клапченко, С. М. Пономаренко, Л. О. Шевченко, Д. С. Смаковський // Вісник Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут". Серія : Гірництво : зб. наук. пр. – 2010. – Вип. 19. – С. 161-168.

 

Деякі аспекти забезпечення нормативного аероіонного режиму робочого середовища приміщень спеціального призначення МНС України / І. О. Толкунов, В. В. Маринюк, І. І. Попов, В. В. Пономар // Проблеми надзвичайних ситуацій / Ун-т цивіл. захисту України. – Харків, 2008. – Вип. 8. – С. 198-206.

 

Запорожець О. І. Нормування аероіонного складу повітря робочих приміщень та основні напрями його вдосконалення / О. І. Запорожец, В. А. Глива, О. В. Сидоров // Вісник Національного авіаційного університету. – 2011. – Т. 46, № 1. – С. 139-143.

 

Запорожец О. І. Принципи моделювання динаміки аероіонного складу повітря у приміщеннях / О. І. Запорожец, В. А. Глива, О. В. Сидоров // Вісник Національного авіаційного університету. – 2011. – Т. 47, № 2. – С. 120-124.

 

Левченко Л. О. Тривимірне моделювання просторових розподілів концентрацій аероіонів у повітрі приміщень / Л. О. Левченко, В. А. Глива, О. В. Сидоров // Управління розвитком складних систем / Київ. нац. ун-т буд-ва і архітектури. – 2012. – Вип. 11. – С. 198-206.

 

Моделирование распределения концентрации ионов вблизи ионизатора / В. Е. Бахрушин, М. А. Игнахина, Д. В. Вертинский, А. Ю. Евсюков // Складні системи та процеси. – 2002. – № 1. – С. 30-36.

 

Толкунов И. А. Біполярна іонізація повітряного середовища приміщень функціональних підрозділів мобільного госпіталю МНС / И. А. Толкунов // Проблеми надзвичайних ситуацій / Ун-т цивіл. захисту України. – Харків, 2011. – Вип. 14. – С. 161-170.

 

Толкунов І. О. Моделювання процесів формування полів концентрації аероіонів у повітряному середовищі приміщень спеціального призначення МНС України / І. О. Толкунов, І. І. Попов // Проблеми надзвичайних ситуацій / Ун-т цивіл. захисту України. – Харків, 2010. – Вип. 12. – С. 175-184.

 

Толкунов И. А. Теоретическое исследование процессов переноса аэроионов в потоках воздуха в помещениях специального назначения МЧС Украины / И. А. Толкунов, И. И. Попов, В. В. Барбашин // Проблеми надзвичайних ситуацій / Ун-т цивіл. захисту України. – Харків, 2010. – Вип. 11. – С. 137-145.

 

Air ion behavior in ventilated rooms / Fletcher L. A., Noakes C. J., Sleigh P. A., Beggs C. B., Shepherd S. J. // Indoor and built environment. – 2008. – Vol. 17, № 2. – Р. 173-182.

 

Drexler Р. Numerical modeling of accuracy of air ion field measurement / Petr Drexler, Pavel Fiala, Karel Bartusek // Journal of electrical engineering. – 2006. – Vol. 57, № 8/S. – Р. 62-65.

 

Murakami S. Computational wind engineering / S. Murakami // Journal of wind engineering and industrial aerodynamics. – 1990. – Vol. 36, рart 1. – Р. 517-538.

 

Noakes C. J. Modelling the air cleaning performance of negative air ionisers in ventilated rooms / Noakes C. J., Sleigt P. A., Beggs C. // Proceedings of the 10th international conference on air distribution in rooms. Roomvent 2007, 13-15 june 2007, Helsinki, Finland. – Режим доступа: http://eprints.whiterose.ac.uk/7700/1/Noakes_roomvent_07.pdf. – Загл. с экрана. – Проверено 17.09.2015.

 

The impact of the air distribution method in ventilated rooms on the aerosol particle dispersion and removal: The experimental approach / A. Jurelionis, L. Gagytė, T. Prasauskas, D. Čiužas, E. Krugly, L. Šeduikytė, D. Martuzevičius // Energy and Buildings. – 2015. – Vol. 86, january. – P. 305-313.